[發明專利]基于超聲波與機械鉆具聯合裝置及其鉆井方法

有效

• 申請號: 202110020173.X
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112576196B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 候兆凱;詹運昌;閆鐵;馮金禹;袁圓;宣英龍
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: E21B10/42
• 分類號: E21B10/42;E21B10/60;E21B7/00
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

1.一種基于超聲波與機械鉆具聯合裝置，其特征在于：這種基于超聲波與機械鉆具聯合裝置包括鉆柱（6）、鉆頭（5）、超聲波換能器（12）、特種變幅桿主桿（14）、特種變幅桿分支桿（20）、激勵器巖石破碎工具頭（21）、電纜通道（2），鉆柱（6）底端與鉆頭（5）相連，鉆柱（6）中部設置超聲波發生器電器倉（4），超聲波發生器電器倉（4）環繞在大鉆井液通孔（10）外，大鉆井液通孔（10）與鉆柱（6）相通且同軸設置，超聲波發生器電器倉（4）內設置升壓變壓器（7）、穩壓器（8）、高頻交流脈沖轉換集成裝置（9），升壓變壓器（7）、穩壓器（8）、高頻交流脈沖轉換集成裝置（9）依次用電纜線相連接；大鉆井液通孔（10）正下方是超聲波換能器電器倉（11），超聲波換能器（12）設置于超聲波換能器電器倉（11）中，超聲波換能器（12）與中間連接裝置（13）用電纜線相連，中間連接裝置（13）設置在特種變幅桿主桿（14）上端，超聲波換能器電器倉（11）與防超聲波擴散液倉室1號（17）通過固定板（16）分隔，固定板（16）的外緣與鉆柱（6）固定連接，超聲波換能器電器倉（11）底端外圍的固定板（16）上均勻分布小鉆井液通孔（15）；超聲波換能器電器倉（11）、防超聲波擴散液倉室1號（17）、防超聲波擴散液倉室2號（18）沿垂直方向依次相接，特種變幅桿主桿（14）上端位于超聲波換能器電器倉（11）內，特種變幅桿主桿（14）向下貫穿固定板（16）、防超聲波擴散液倉室1號（17）至防超聲波擴散液倉室2號（18）內，特種變幅桿主桿（14）底端呈輻射狀分布著八個特種變幅桿分支桿（20），特種變幅桿分支桿（20）伸出防超聲波擴散液倉室2號（18）的部分套有隔離套管（19），防超聲波擴散液倉室2號（18）與隔離套管（19）相通，特種變幅桿分支桿（20）穿過隔離套管（19）與激勵器巖石破碎工具頭（21）相連，激勵器巖石破碎工具頭（21）位于鉆頭表層，八個激勵器巖石破碎工具頭（21）每兩個分布在同一個鉆頭胎體上，鉆頭（5）上分布水眼（22）和切削齒（23）。

2.根據權利要求1所述的基于超聲波與機械鉆具聯合裝置，其特征在于：所述的電纜通道（2）設置于鉆柱（6）內，電纜通道（2）從超聲波發生器電器倉（4）內穿過，向下延伸至固定板（16）后，沿固定板（16）水平再延伸至超聲波換能器電器倉（11）；超聲波發生器電器倉（4）設置電纜孔，電纜通道（2）與電纜孔固定連接，電纜通道（2）位于超聲波發生器電器倉（4）內設置分支孔，有的電纜線通過電纜通道（2）到達超聲波發生器電器倉（4）后，通過相應的分支孔穿出后分別與升壓變壓器（7）、高頻交流脈沖轉換集成裝置（9）相連接；有的電纜線通過電纜通道（2）到達超聲波換能器電器倉（11），從電纜孔進入超聲波換能器電器倉（11）內，與超聲波換能器（12）連接。

3.根據權利要求2所述的基于超聲波與機械鉆具聯合裝置，其特征在于：所述的鉆柱（6）的上端面固定法蘭（3）。

4.一種權利要求3所述的基于超聲波與機械鉆具聯合裝置的鉆井方法，其特征在于：交流電通過電纜線（1）在升壓變壓器（7）進行升壓，在穩壓器（8）進行穩壓，提供了電壓在額定范圍內且穩定的交流電，高頻交流脈沖轉換集成裝置（9）、超聲波換能器（12）產生超聲波，超聲波經由中間連接裝置（13）、特種變幅桿主桿（14）、特種變幅桿分支桿（20）傳導至四個鉆頭胎體上的八個激勵器巖石破碎工具頭（21）上，激勵器巖石破碎工具頭（21）再利用超聲波進行破碎巖石，采用特種變幅桿主桿（14）、特種變幅桿分支桿（20）兩段式傳導方式，實現了對鉆頭外表各個方向上的巖石進行激勵破碎；同時鉆頭（5）由法蘭（3）、鉆柱（6）帶動旋轉，鉆頭（5）在旋轉過程中破碎巖石，實現了超聲波破巖和機械破巖相結合，聯合進行鉆井工作。